بررسی آزمایشگاهی عملکرد میراگر جرمی کوک شده در سازه فولادی تحت زلزله های مقیاس شده و تخمین پارامترهای مودال میراگر و سازه

در طول سالیان اخیر کاربرد میراگرهای جرمی برای سازه های در برابر بارهای محیطی یا لرزه ای افزایش پیدا کرده است. یک گام مهم در طراحی و کاربرد میراگرهای جرمی، تخمین پارامترهای مودال است که همواره با مشکلاتی همراه بوده است. در این مقاله تلاش شده چارچوبی برای تخمین پارامترهای مودال میراگر جرمی؛ با ترکیب مدلهای آزمایشگاهی روی میز لرزه و تکنیک آنالیز مودال، به عنوان مثال روش تجزیه فرکانسی؛ ارائه شود. برای این منظور مطالعات آزمایشگاهی روی قاب پنج طبقه فولادی دارای میراگرهای جرمی با نسبت جرمی 0.01 و0.1 که در معرض تحریک دو زلزله مقیاس شده کوبه (kobe ) و ایمپریال ولی ( imperial valley) قرار گرفته اند، صورت گرفته است. همچنین پاسخهای سازه در حین زلزله با کمک سنسورهای که روی سازه نصب شده، ثبت شده و با کمک پاسخهای به دست آمده، مشخصات دینامیکی سازه دارای میراگر جرمی با کمک روش آنالیز مودال آزمایشگاهی (operational modal analysis ) تخمین زده می شود. در این مقاله از روش تجزیه فرکانسی (frequency domain decomposition ) برای تخمین پارامترهای دینامیکی میراگر استفاده شد. همچنین نسبت میرایی به دست آمده از روش تجزیه فرکانسی با مقادیر روش کلاسیک عددی مقایسه گردیده و مشاهده شد که روش مذکور توانایی مناسبی در برآورد پارامترهای دینامیکی میراگر دارد. این مقاله همچنان نشان میدهد که تحریک سازه آزمایشگاهی روی میز لرزه چنانچه همراه با تحلیل مودال آزمایشگاهی باشد، میتواند موفقیت زیادی در طراحی میراگرهای جرمی داشته باشد. همچنان محققان میتوانند با دقت بالایی پاسخهای سازه را در شرایط واقعی سازه و زلزله تخمین زده و در عین حال با صرف هزینه کم برای ساخت مدلهای آزمایشگاهی میراگر جرمی، میتوان پارامترهای بهینه میراگر جرمی را به دست آورد.

Experimental Investigation on the Performance of Tuned Mass Damper Embedded on Steel Frame under earthquake excitation and Estimation of the Modal Parameters

Tuned mass dampers (TMDs) are being increasingly used for protection of structures against seismic and environmental loads. An important step in design and application of TMDs is the evaluation of TMD parameter which can cause be associated with serious difficulties. In this paper, we attempt to provide a framework to evaluate the modal parameters of TMDs using a combination of experimental test on shake table and a relatively recent modal analysis technique, namely Frequency Domain Decomposition (FDD). In order to achieve this, a series of test were conducted on a 5storey steel frame was subjected to excitations from two scaled earthquakes (Imperial Valley and Kobe) ) while damped using two TMDs with mass ratios of 0.01 and 0.1.Mounted instrumentations recorded the structural response during the earthquakes and the recorded response was then used for an operational modal analysis (OMA) in order to estimate the dynamic characteristics of the TMDs. The FDD technique was used in this paper which was employed to estimate the parameters of TMDs. The damping ratios obtained from FDD method was compared with classical methods to verify its accuracy and capabilities in extraction of the modal parameters of TMDs. This paper shows that the use of shake table experiments coupled with the postexperiment modal analysis can be successfully used in TMD design and enables the researchers and practitioners to accurately estimate and test the response of the structures under relatively realistic conditions, which consequently allows lowcost testing of TMDs for optimum TMD selection.